循环荷载三面本构模型及与实验结果比较

为探求形式简洁,参数较少,便于工程应用的循环本构模型,本文基于边界面模型和多面模型理论,建立了一个可描述金属材料三轴循环加载力学行为的三面本构模型.把塑性应变分解成塑性应变1和塑性应变2,塑性应变1对应于一套屈服面-边界面模型,塑性应变2对应于一套单屈服面模型.提出了当前应力点与边界面上对偶点之间距离的演变公式,基于一致性条件得出边界面模型中塑性模量的计算与运动硬化准则的联系.采用塑性应变作为硬化参数,应用关联流动法则计算塑性应变.相比于经典的边界面模型,本文模型形式简明;相比于前人修正随动硬化准则模型,本文模型需要的材料参数较少.结合金属稳定材料U71Mn的单轴循环实验结果,对其4种力学行为进行模拟,分析了非对称应力循环下平均应力和应力幅值对稳定材料棘轮效应的影响,以及对称应变循环下材料的最大应变幅值记忆效应.研究结果表明,本文模型的模拟结果与前人文献的实验结果一致性较好,可为研究材料的本构行为提供一条新的途径.     

基于位错机制钛合金本构关系的目标参数识别及实验验证

为描述钛合金在不同应变率下的复杂本构行为,本文基于细观塑性变形机理和位错动力学理论提出了一种钛合金粘塑性本构模型,并描述了模型各参数的物理意义及其与微结构特征量之间的关联性。该本构模型含有12个待定参数,为降低参数识别计算量,提高参数识别效率和精度,提出了一种基于拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立了一种基于改进小生境算法、全局最优点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法。最后以Ti-6Al-4V钛合金为算例,描述了其在不同应变率、温度下的单轴流变应力塑性应变曲线,数值模拟和已有的实验数据吻合良好。     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。     

合金钢的高温单轴棘轮效应实验研究1.25Cr0.5Mo

利用MTS810电液伺服试验机在300℃温度下对1.25Cr0.5Mo合金钢进行了单轴棘轮效应实验研究,探讨了温度、应力幅值、应力峰值、平均应力以及加载历史对材料棘轮效应的影响.以0.1%/s及0.2%/s两种不同的应变加载速率分别对材料进行单轴拉伸实验,结果表明1.25Cr0.5Mo合金钢在所研究的温度范围内的变形行为是率无关的;在0.4%应变幅值下进行了单轴应变循环实验,响应应力幅值随循环次数几乎没有变化,可视为循环稳定材料;单轴棘轮效应实验表明棘轮应变速率随平均应力、应力幅值及温度的升高而增大;棘轮变形依赖于加载历史,先前较大的循环应力对后继较小的循环应力下的棘轮变形起抑制作用.     

内压弯管在多轴循环外力下的棘轮应变数值分析

弯管在流体压力、热载荷及振动载荷作用下,处于复杂应力状态,其棘轮应变分析很难通过解析计算的方法实现。本文利用有限元法对压力弯管进行多轴棘轮应变分析,采用基于Chaboche模型基础上的非线性随动强化定律,更新弹塑性有限元计算所采用的本构关系,通过一典型的弯管实例进行了数值分析,预测其棘轮应变,考察其塑性应变行为,为结构设计提供依据。     

关于大变形条件下晶体弹—塑性本构关系的研究

考虑面心立方晶体滑移特性,晶格的转动,认为晶体的塑性变形是由滑移产生,且晶体内的弹性变形不受滑移的影响,并建立了计算模型。采用微观力学的方法,用矩阵形式推导了Jaumenn应力率的增量型的晶体弹—塑性的本构方程。     

钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型

钢筋混凝土在加载过程中内部应力应变是不均匀的,因而很难通过试验直接得出本构关系.为了避开非均匀性对研究本构关系带来的困难,通过钢筋混凝土的载荷变形关系,提出了钢筋混凝土弹塑性损伤本构模型.该模型假设钢筋混凝土的力学行为由两部分组成,一是由微裂纹形成的损伤行为,它具有零屈服强度的刚性完全塑性本构关系;二是基体行为,服从不包括软化的弹塑性本构关系.在加载过程中,变形的增加使前一种行为转化为后一种行为.模型包括4个阶段:线弹性阶段、混凝土为主体的弹塑性阶段、钢筋为主体的弹塑性阶段和应变软化阶段.模型反映了损伤引起了钢筋混凝土应变软化、剪切刚度降低和诱致各向异性.采用Willam-Wanke塑性本构描述混凝土的非线性行为,其参数标定通过Hsu的软化桁架理论以及VecchioCollins的修正压应力理论进行,考虑了钢筋混凝土中钢筋与混凝土之间的相互作用.运用此模型分析钢筋混凝土梁的载荷-挠度关系,并与实验结果相比较,验证了模型的正确性.     

基于不可逆热力学的形状记忆合金相变塑性统一本构模型研究

为了获得能够描述形状记忆NiTi合金相变和塑性行为的本构关系,基于不可逆热力学,假设两个内变量,分别推导了相变演化规律和塑性演化规律,以及NiTi合金本构模型的主控方程。将导出的本构方程写成一维的增量形式,编制FORTRAN程序,将本构模型进行了程序实现。结合单轴加载的实验曲线、非线性拟合的方法确定该本构模型的相关参数。比较实验结果,验证了该本构模型的合理性。该模型能很好地描述随着载荷不断增加,NiTi合金表现出的母相弹性、马氏体相变、马氏体弹性以及马氏体塑性流动行为,同时,对于应变率效应也能够较为理想地描述。所建立宏观唯象本构模型,参数易确定,为NiTi合金在更加苛刻、极端的环境下的工程应用打下基础。     

多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟

本文应用一整合的粘塑性本构模型数值模拟了高温多轴非比例循环应力作用下退火316型不锈钢的循环硬化。文章中具体描述说明了该本构模型方程及其材料参数的构成与物理意义。本构方程的所有材料参数均由简单单轴实验得出,圆形与方型单轴扭转循环应力路径下本构方程的数值模拟结果由实验结果证实了本构模型的可行性,最后该本构模型扩展的可能性亦得到分析与讨论。     

基于三剪统一强度理论的多晶冰软化本构模型研究及应用

随着全球气候变暖的进一步加剧,山地冰川与极地冰川正加速消退,造成冰川发生大规模崩塌、滑塌的频率逐渐增加,开展多晶冰本构模型研究对于开展冰川稳定性分析和冰川多场耦合模拟具有重要的意义。基于三剪统一强度理论,建立了能够反映多晶冰软化特性的弹塑性本构模型,利用多晶冰常规三轴剪切试验结果对提出的本构模型进行了验证,结果表明提出的本构模型能够很好的描述多晶冰的轴向应变-偏应力及轴向应变-体应变行为。推导出弹塑性本构模型的有限差分格式,并写入到Flac3d数值软件中,利用单个单元对写入的本构模型正确性进行了验证;开展了圆柱状多晶冰试样常规三轴压缩数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果以期为冰川的稳定性评价、冰川多场耦合研究提供理论及数值模拟基础。